KR20200064923A - 온도 제어 장치, 온도 제어 방법, 및 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

외란이 발생해도 양호한 제어성으로 온도 제어 대상의 온도를 제어할 수 있는 온도 제어 장치를 제공한다.
온도 컨트롤러는, 온도 제어 대상물의 온도 측정값을 제어 대상으로 하고 가열원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 컨트롤러와, 냉각원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 냉각 모드 컨트롤러와, 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력인 비선형항의 값에 의해, 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력을 제1 조작량으로서 가열원으로 출력하거나, 또는 냉각 모드 컨트롤러의 출력을 제2 조작량으로서 사용할지를 결정하는 전환 컨트롤러를 갖는다.

Description

온도 제어 장치, 온도 제어 방법, 및 검사 장치{TEMPERATURE CONTROL DEVICE, TEMPERATURE CONTROL METHOD, AND INSPECTION APPARATUS}
본 개시는, 온도 제어 장치, 온도 제어 방법, 및 검사 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 프로세스에서는, 소정의 회로 패턴을 갖는 다수의 전자 디바이스가 반도체 웨이퍼(이하, 간단히 웨이퍼라 기재함) 위에 형성된다. 형성된 전자 디바이스는, 전기적 특성 등의 검사가 행해져, 양품과 불량품으로 선별된다. 전자 디바이스의 검사는, 예를 들어 각 전자 디바이스가 분할되기 전의 웨이퍼 상태에서, 검사 장치를 이용하여 행하여진다.
전자 디바이스의 검사 장치는, 다수의 핀형의 프로브를 갖는 프로브 카드와, 웨이퍼를 적재하는 적재대와, 테스터를 구비한다(특허문헌 1 참조). 이 검사 장치는, 프로브 카드의 각 프로브를 전자 디바이스의 전극에 대응하여 마련된 전극 패드나 땜납 범프에 접촉시켜, 전자 디바이스로부터의 신호를 테스터로 전달시켜 전자 디바이스의 전기적 특성을 검사한다. 또한, 특허문헌 1의 검사 장치는, 전자 디바이스의 전기적 특성을 검사할 때, 해당 전자 디바이스의 실장 환경을 재현하기 위해서, 적재대 내의 냉매 유로나 히터에 의해 적재대의 온도를 제어하는 온도 제어 장치를 갖고 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 웨이퍼의 온도 제어를 냉각수와 열전 변환 모듈을 사용하여, 슬라이딩 모드 제어에서 행하는 것이 기재되어 있다.
일본 특허 공개 평 10-135315호 공보 일본 특허 공개 제2002-318602호 공보
본 개시는, 외란이 발생해도 양호한 제어성으로 온도 제어 대상물의 온도를 제어할 수 있는 온도 제어 장치, 온도 제어 방법 및 검사 장치를 제공한다.
본 개시의 일 형태에 관한 온도 제어 장치는, 온도 제어 대상물의 온도 제어를 행하는 온도 제어 장치이며, 상기 온도 제어 대상물을 가열하는 가열원을 갖는 가열 기구와, 상기 온도 제어 대상물을 냉각하는 냉각원을 갖는 냉각 기구와, 상기 가열원과 상기 냉각원을 제어하는 온도 컨트롤러를 구비하고, 상기 온도 컨트롤러는, 상기 온도 제어 대상물의 온도 측정값을 제어 대상으로 하고, 상기 가열원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 컨트롤러와, 상기 냉각원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 냉각 모드 컨트롤러와, 상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력인 비선형항의 값에 의해, 상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력을 제1 조작량으로서 상기 가열원으로 출력하거나, 또는 상기 냉각 모드 컨트롤러의 출력을 제2 조작량으로서 사용할지를 결정하는 전환 컨트롤러를 갖는다.
본 개시의 다른 형태에 관한 온도 제어 장치는, 온도 제어 대상물의 온도 제어를 행하는 온도 제어 장치이며, 상기 온도 제어 대상물을 가열하는 가열원을 갖는 가열 기구와, 상기 온도 제어 대상물을 냉각하는 냉각원을 갖는 냉각 기구와, 상기 가열원과 상기 냉각원을 제어하는 온도 컨트롤러를 구비하고, 상기 온도 컨트롤러는, 상기 온도 제어 대상물의 온도 측정값을 제어 대상으로 하고, 상기 가열원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 컨트롤러와, 상기 냉각원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 냉각 모드 컨트롤러와, 상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력인 비선형항의 값에 의해, 상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력을 제1 조작량으로서 상기 가열원으로 출력하거나, 또는 상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력과 상기 냉각 모드 컨트롤러의 출력을 더한 것을 제2 조작량으로서 사용할지를 결정하는 전환 컨트롤러를 갖는다.
본 개시에 의하면, 외란이 발생해도 양호한 제어성으로 온도 제어 대상물의 온도를 제어할 수 있는 온도 제어 장치, 온도 제어 방법, 및 검사 장치가 제공된다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 검사 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 검사 장치의 일부를 단면으로 나타내는 정면도이다.
도 3은 피검사체인 기판으로서의 웨이퍼의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 스테이지의 상부 구성 및 온도 제어 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 가열 기구의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 6은 전자 디바이스의 온도 측정용 회로의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 슬라이딩 모드 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 제1 실시 형태에 관한 검사 장치에 있어서의 온도 컨트롤러의 제어 블록을 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 8의 온도 컨트롤러에 있어서의 슬라이딩 모드 컨트롤러의 내부를 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 9의 슬라이딩 모드 컨트롤러의 비선형 입력부를 나타내는 블록도이다.
도 11은 도 8의 온도 컨트롤러에 있어서의 냉각 모드 컨트롤러 및 전환 컨트롤러의 구성 및 이들 신호 전달을 나타내는 블록도이다.
도 12는 플랜트 모델의 내부를 나타내는 블록도이다.
도 13은 제2 실시 형태에 관한 검사 장치에 있어서의 온도 컨트롤러의 제어 블록을 나타내는 블록도이다.
도 14는 도 13의 온도 컨트롤러에 있어서의 냉각 모드 컨트롤러 및 전환 컨트롤러의 내부 및 이들 신호 전달을 나타내는 블록도이다.
도 15는 슬라이딩 모드 제어에 의해 칩의 온도 제어를 행한 경우에 있어서의, 발열 외란이 150W인 때의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 16은 슬라이딩 모드 제어에 의해 칩의 온도 제어를 행한 경우에 있어서의, 발열 외란이 300W인 때의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 17은 슬라이딩 모드 제어에 의해 칩의 온도 제어를 행한 경우에 있어서의, 발열 외란이 450W인 때의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 18은 제1 실시 형태의 제어에 의해 칩의 온도 제어를 행한 경우에 있어서의, 발열 외란이 150W인 때의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 19는 제1 실시 형태의 제어에 의해 칩의 온도 제어를 행한 경우에 있어서의, 발열 외란이 300W인 때의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 20은 제1 실시 형태의 제어에 의해 칩의 온도 제어를 행한 경우에 있어서의, 발열 외란이 450W인 때의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 21은 제2 실시 형태의 제어에 의해 칩의 온도 제어를 행한 경우에 있어서의, 발열 외란이 150W인 때의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 22는 제2 실시 형태의 제어에 의해 칩의 온도 제어를 행한 경우에 있어서의, 발열 외란이 300W인 때의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 23은 제2 실시 형태의 제어에 의해 칩의 온도 제어를 행한 경우에 있어서의, 발열 외란이 450W인 때의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 24는 발열 외란이 150W인 때의 제1 실시 형태의 시뮬레이션 결과를 확대해 나타내는 도면이다.
도 25는 발열 외란이 150W인 때의 제2 실시 형태의 시뮬레이션 결과를 확대해 나타내는 도면이다.
도 26은 발열 외란이 300W인 때의 제1 실시 형태의 시뮬레이션 결과를 확대해 나타내는 도면이다.
도 27은 발열 외란이 300W인 때의 제2 실시 형태의 시뮬레이션 결과를 확대해 나타내는 도면이다.
도 28은 발열 외란이 450W인 때의 제1 실시 형태의 시뮬레이션 결과를 확대해 나타내는 도면이다.
도 29는 발열 외란이 450W인 때의 제2 실시 형태의 시뮬레이션 결과를 확대해 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 실시 형태에 대해 설명한다.
<제1 실시 형태>
맨 먼저, 제1 실시 형태에 대해 설명한다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 검사 장치의 개략 구성을 나타내는 사시도, 도 2는 도 1의 검사 장치의 일부를 단면으로 나타내는 정면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 검사 장치(1)는, 피검사체인 기판으로서의 웨이퍼 W에 형성된 복수의 전자 디바이스 각각의 전기적 특성의 검사를 행하는 것이며, 검사부(2)와, 로더(3)와, 테스터(4)를 구비한다.
검사부(2)는, 내부가 공동의 하우징(11)을 갖고, 하우징(11) 내에는 검사 대상인 웨이퍼 W가 흡착 고정되는 스테이지(10)를 갖는다. 또한, 스테이지(10)는, 이동 기구(도시되지 않음)에 의해 수평 방향 및 연직 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 스테이지(10)의 하방에는, 스테이지의 온도를 제어하는 온도 제어 장치(20)가 마련되어 있다. 온도 제어 장치(20)에 대해서는, 이후에 상세하게 설명한다.
검사부(2)에 있어서의 해당 스테이지(10)의 상방에는, 해당 스테이지(10)에 대향하도록 프로브 카드(12)가 배치된다. 프로브 카드(12)는 접촉자인 복수의 프로브(12a)를 갖는다. 또한, 프로브 카드(12)는, 인터페이스(13)를 통하여 테스터(4)로 접속되어 있다. 각 프로브(12a)가 웨이퍼 W의 각 전자 디바이스의 전극에 접촉할 때, 각 프로브(12a)는, 테스터(4)로부터 인터페이스(13)를 통하여 전자 디바이스에 전력을 공급하거나, 또는 전자 디바이스로부터의 신호를 인터페이스(13)를 통하여 테스터(4)로 전달된다.
로더(3)는, 하우징(14)을 갖고, 하우징(14) 내에 웨이퍼 W가 수용된 반송 용기인 FOUP(도시되지 않음)가 배치되어 있다. 또한, 로더(3)는 반송 기구(도시되지 않음)를 갖고, 반송 장치에 의해 FOUP에 수용되어 있는 웨이퍼 W를 취출하여 검사부(2)의 스테이지(10)로 반송한다. 또한, 반송 장치에 의해 전기적 특성의 검사가 종료된 스테이지(10) 위의 웨이퍼 W를 반송하여, FOUP로 수용한다.
또한, 로더(3)의 하우징(14) 내에는, 검사 대상인 전자 디바이스의 온도 제어 등의 각종 제어를 행하는 제어부(15)와, 각 전자 디바이스에 있어서의 전위차 생성 회로(도시 생략)에 있어서의 전위차를 측정하는 전위차 측정 유닛(16)이 마련되어 있다. 전위차 생성 회로는, 예를 들어 다이오드, 트랜지스터 또는 저항이다. 전위차 측정 유닛(16)은, 인터페이스(13)에 접속되고, 상기 전위차 생성 회로에 대응하는 두 전극으로 접촉될 두 프로브(12a) 사이의 전위차를 취득하고, 취득된 전위차를 제어부(15)로 전달한다. 인터페이스(13)에 있어서의 각 프로브(12a) 및 전위차 측정 유닛(16)으로부터의 배선의 접속 구조에 대해서는 후술한다.
제어부(15)는, 온도 제어 장치(20)에 포함되는 온도 컨트롤러(30)를 갖고, 온도 컨트롤러(30)는, 후술하는 가열 기구나 냉각 기구를 제어한다. 또한, 제어부(15)나 전위차 측정 유닛(16)은 검사부(2)의 하우징(11) 내에 마련되어도 되고, 또한, 전위차 측정 유닛(16)은, 프로브 카드(12)에 마련되어도 된다.
검사부(2)의 하우징(11)에는, 제어부(15)의 일부를 구성하는 유저 인터페이스부(18)가 마련되어 있다. 유저 인터페이스부(18)는, 유저에 적합하게 정보를 표시하거나 유저가 지시를 입력하거나 하기 위한 것이며, 예를 들어 터치 패널이나 키보드 등의 입력부와 액정 디스플레이 등의 표시부를 포함한다.
테스터(4)는, 전자 디바이스가 탑재되는 마더보드의 회로 구성의 일부를 재현하는 테스트 보드(도시 생략)를 갖는다. 테스트 보드는, 전자 디바이스로부터의 신호에 기초하여, 해당 전자 디바이스의 양부를 판단하는 테스터 컴퓨터(17)에 접속된다. 테스터(4)에서는, 상기 테스트 보드를 교체함으로써, 복수종의 마더보드의 회로 구성을 재현할 수 있다.
또한, 프로브 카드(12), 인터페이스(13), 테스터(4)는, 검사 기구를 구성한다.
전자 디바이스의 전기적 특성의 검사 시, 테스터 컴퓨터(17)가, 전자 디바이스와 각 프로브(12a)를 통하여 접속된 테스트 보드로 데이터를 송신한다. 그리고, 테스터 컴퓨터(17)가, 송신된 데이터가 해당 테스트 보드에 의해 정확하게 처리되었는지 여부를 해당 테스트 보드로부터의 전기 신호에 기초하여 판정한다.
피검사체인 기판으로서의 웨이퍼 W는, 도 3에 도시된 바와 같이, 대략 원판형의 실리콘 기판에 에칭 처리나 배선 처리를 실시함으로써 그 표면에 서로 소정의 간격을 두고 형성된, 복수의 전자 디바이스 D를 갖고 있다. 전자 디바이스 D의 표면에는, 전극 E가 형성되어 있고, 해당 전극 E는 해당 전자 디바이스 D의 내부의 회로 소자에 전기적으로 접속되어 있다. 전극 E로 전압을 인가함으로써, 각 전자 디바이스 D의 내부의 회로 소자에 전류를 흘릴 수 있다.
다음에, 스테이지(10) 및 온도 제어 장치(20)의 구성에 대해 도 4를 사용하여 설명한다. 도 4는 스테이지(10)의 상부 구성 및 온도 제어 장치(20)를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스테이지(10)는, 바닥이 있는 부재(32)와 덮개 부재(31)를 갖는다. 덮개 부재(31)는, 바닥이 있는 부재(32) 위에 시일 링(33)을 통하여 장착된다. 웨이퍼 W는 덮개 부재(31) 위에 흡착 보유 지지된다.
덮개 부재(31)는, 원판형으로 형성되어 있고, 예를 들어 SiC로 구성된다. SiC는, 열전도율 및 영율이 높다. 또한, 후술하는 가열 기구(40)의 LED(41)로부터의 광에 대한 흡수 효율도 높아, 가열 기구(40)로부터의 광에 의해 효율적으로 덮개 부재(31)를 가열할 수 있다. 또한, SiC는 그린 시트로 성형한 후에 소결하여 형성할 수 있어, 가공량을 적게 할 수 있다.
덮개 부재(31)의 상면에는, 웨이퍼 W를 흡착하기 위한 흡착 구멍(도시 생략)이 형성되어 있다. 또한, 덮개 부재(31)에는, 복수의 온도 센서(31a)가 평면으로 볼 때 서로 이격된 위치에 매설되어 있다.
바닥이 있는 부재(32)는, 덮개 부재(31)와 대략 동일 직경의 원판형으로 형성되어 있고, 후술하는 LED로부터의 광의 파장에 대해 투명한 재료로 구성되어 있다. 바닥이 있는 부재(32)의 상부에는, 냉매를 흘리기 위한 홈이 형성되어 있고, 해당 홈은, 덮개 부재(31)에 덮여서 냉매 유로(32a)를 형성한다. 즉, 스테이지(10)는, 내부에 냉매 유로(32a)를 갖고 있다.
온도 제어 장치(20)는, 가열 기구(40)와, 냉각 기구(50)와, 온도 컨트롤러(30)를 갖고 있다. 온도 제어 장치(20)는, 가열 기구(40)에 의한 가열과, 냉각 기구(50)에 의한 냉각에 의해, 스테이지(10) 위의 웨이퍼 W에 형성된 검사 대상인 전자 디바이스 D의 온도를 목표 온도로 일정해지도록 제어한다.
가열 기구(40)는, 광 조사 기구로서 구성되고, 스테이지(10)의 덮개 부재(31)에 광을 조사하여 해당 덮개 부재(31)를 가열함으로써, 웨이퍼 W를 가열하여, 웨이퍼 W 위에 형성된 전자 디바이스 D를 가열한다.
가열 기구(40)는, 스테이지(10)의 웨이퍼 W 적재면과 반대측의 면, 즉 바닥이 있는 부재(32)의 하면과 대향하도록 배치되어 있다. 가열 기구(40)는, 가열원으로서 웨이퍼 W를 향하여 광을 조사하는 복수의 LED(41)를 갖는다. 구체적으로는, 가열 기구(40)는, 복수의 LED(41)가 유닛화된 LED 유닛(43)이 복수, 베이스(42)의 표면에 탑재된 구성을 갖는다. 가열 기구(40)에 있어서의 LED 유닛(43)은, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이, 전자 디바이스 D(도 3 참조)에 대응하도록 배열된 평면으로 볼 때 정사각 형상의 유닛(43a)과, 그 외주에 마련된 평면으로 볼 때 비정사각 형상의 유닛(43b)을 갖는다. 유닛(43a 및 43b)에 의해 베이스(42)의 대략 전체면을 덮고 있고, LED 유닛(43)의 LED(41)로부터, 적어도 덮개 부재(31)에 있어서의 웨이퍼 W가 탑재되는 부분 전체에 광을 조사할 수 있게 되어 있다.
각 LED(41)는, 예를 들어 근적외광을 출사한다. LED(41)로부터 출사된 광(이하, 「LED 광」이라고도 칭함)은, 광 투과 부재를 포함하는 스테이지(10)의 바닥이 있는 부재(32)를 투과한다. 냉매 통로(32a)를 흐르는 냉매는 LED(41)로부터의 광을 투과하는 재료를 포함하고, 바닥이 있는 부재(32)를 투과한 광은, 냉매 유로(32a)를 흐르는 냉매를 투과하고, 덮개 부재(31)에 입사된다. LED(41)로부터의 광이 근적외광인 경우, 바닥이 있는 부재(32)를 구성하는 광 투과 부재로서, 폴리카르보네이트, 석영, 폴리염화비닐, 아크릴 수지 또는 유리를 사용할 수 있다. 이들의 재료는, 가공이나 성형이 용이하다.
가열 기구(40)에서는, 스테이지(10)의 웨이퍼 W가 적재되는 덮개 부재(31)에 입사되는 LED 광은, LED 유닛(43) 단위로 제어된다. 따라서, 가열 기구(40)는, 덮개 부재(31)에 있어서의 임의의 개소로만 LED 광을 조사하거나, 또한, 조사되는 광의 강도를 임의의 개소와 다른 부분에서 상이하게 할 수 있다.
냉각 기구(50)는, 칠러 유닛(51)과, 냉매 배관(52)과, 가변 유량 밸브(53)와, 고속 밸브(54)를 갖는다. 칠러 유닛(51)은 냉매를 저류하고, 냉매의 온도를 소정의 온도로 제어한다. 냉매로서는, 예를 들어 LED(41)로부터 조사되는 광이 투과 가능한 액체인 물이 사용된다. 냉매 배관(52)은, 바닥이 있는 부재(32)의 측부에 마련된 공급구(32b)와 배출구(32c)에 접속되고, 또한 칠러 유닛(51)에 접속되어 있다. 칠러 유닛(51) 내의 냉매는, 냉매 배관(52)에 마련된 펌프(도시되지 않음)에 의해, 냉매 배관(52)을 통하여 냉매 유로(32a)에 순환 공급된다. 가변 유량 밸브(53)는, 냉매 배관(52)의 칠러 유닛(51)의 하류측에 마련되고, 고속 밸브(54)는 칠러 유닛(51)의 하류측에서 가변 유량 밸브(53)을 바이패스하는 바이패스 배관(52a)에 마련되어 있다. 가변 유량 밸브(53)는, 유량 설정 가능하고, 설정한 유량의 일정량으로 냉매를 공급하도록 되어 있다. 또한, 고속 밸브(54)는, 후술하는 슬라이딩 제어 시의 비선형 게인 항에 기초하여 고속으로 개폐(온·오프)하여, 바이패스 배관(52a)을 흐르는 냉매의 공급/정지를 고속으로 행할 수 있게 되어 있다.
온도 컨트롤러(30)는, 전자 디바이스 D의 온도의 측정 결과에 기초하여, 가열 기구(40) 및 냉각 기구(50)에 의해, 전자 디바이스 D의 온도가 소정의 온도가 되도록 스테이지의 온도를 제어한다.
전자 디바이스 D의 온도는, 온도 측정용 회로(60)에 의해 측정된다. 도 6은, 전자 디바이스 D의 온도를 측정하는 온도 측정용 회로(60)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 각 프로브(12a)가 인터페이스(13)에 배치된 복수의 배선(61)에 의해 테스터(4)에 접속된다. 전자 디바이스 D에 있어서의 전위차 생성 회로(예를 들어, 다이오드)의 두 전극 E에 접촉하는 두 프로브(12a)와 테스터(4)를 접속하는 두 배선(61)의 각각에, 릴레이(62)가 마련된다. 또한, 릴레이(62)는, 전위차 측정 유닛(16)의 배선(63)에도 접속 가능하게 되어 있다.
즉, 각 릴레이(62)는, 각 전극 E의 전위를 테스터(4) 및 전위차 측정 유닛(16)의 어느 것으로 전환하여 전달 가능하게 되어 있다. 예를 들어, 전자 디바이스 D의 전기적 특성의 검사를 행할 때, 각 전극 E로 실장시 전압이 인가되고 나서 소정의 타이밍에 각 전극 E의 전위를 전위차 측정 유닛(16)으로 전달한다. 상기 전위차 생성 회로에서는 소정의 전류를 흘렸을 때에 생기는 전위차가 온도에 따라 상이함이 알려져 있다. 따라서, 전자 디바이스 D의 전위차 생성 회로의 전위차, 즉, 전위차 생성 회로의 두 전극 E(프로브(12a)) 사이의 전위차에 기초하여, 전자 디바이스 D의 온도를 검사 중에 있어서 실시간으로 측정할 수 있다.
즉, 온도 측정용 회로(60)는, 전자 디바이스 D에 있어서의 전위차 생성 회로, 그의 두 전극에 접촉되는 두 프로브(12a), 그들에 접속되는 두 배선(61), 릴레이(62), 배선(63), 및 전위차 측정 유닛(16)을 포함한다.
또한, 전자 디바이스 D의 온도의 측정 방법은, 상기한 것에 한정되는 것은 아니고, 다른 방법이어도 된다.
온도 컨트롤러(30)는, 상술한 바와 같은 전자 디바이스 D의 온도 측정 결과에 기초하여, 가열원인 LED(41)로 투입되는 파워(전류값 출력)를 조작량으로 한 슬라이딩 모드 제어, 및 냉각원인 고속 밸브로 투입되는 파워(즉 고속 밸브의 개폐 신호)를 조작량으로 한 냉각 모드 제어에 의해 온도 제어를 행한다.
슬라이딩 모드 제어는, 상태 공간 내의 미리 설정한 전환 초평면(전환면)에 상태를 구속하도록, 전환 초평면의 상하로 제어를 전환하는 제어 방법이다. 제어 대상의 초기 상태가 전환 초평면 외에 있는 경우에는, 제어 대상의 상태를 전환 초평면에 유한 시간으로 도달·구속시킨다(도달 모드). 제어 대상의 상태가 전환 초평면에 달하면 상태를 전환 초평면에서 슬라이딩 동작시키면서 목표값으로 수렴시킨다(슬라이딩 모드). 슬라이딩 모드 제어의 제어 입력 u는, 선형항(선형 제어 조작량) ul과 비선형항(비선형 제어 조작량) unl의 합이며, 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
SAx가 선형항이며, K·sgn(σ)이 비선형항이다. A, B는 상태 방정식의 행렬이며, S와 K가 제어 파라미터이다. 함수 sgn은 불연속인 함수를 나타내고 있고, sgn(σ)이 슬라이딩 모드의 전환 함수가 된다. 전환 초평면은 선형 제어의 프레임워크로 설계 가능하고, 슬라이딩 모드에서는, 전환 초평면 위를, 비선형항에 의해 전환 초평면 위를 도 7에 나타내는 영역 II와 영역 I을 매우 단시간에 오고 가면서 진행해 간다. 즉, 슬라이딩 모드에서는, 선형항(선형제어 조작량)은 제어 시스템의 상태를 전환 초평면 위에서 제어 오차를 최소로 하도록 하고, 비선형항(비선형제어 조작량)은 모델화 오차나 불확실한 외란이 있으면 제어 시스템의 상태를 전환 초평면을 향하게 한다.
도 8은 온도 컨트롤러(30)의 제어 블록을 나타내는 도면이다. 온도 컨트롤러(30)는, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)와, 냉각 모드 컨트롤러(72)와, 전환 컨트롤러(73)와, 플랜트 모델(74)을 갖는다.
슬라이딩 모드 컨트롤러(71)는, 가열 기구(40)의 LED(41)로 투입되는 파워(전류값으로서 출력)를 조작량으로서 출력하고, 온도 제어를 행한다. 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 온도 검출 신호 x가 입력되어, 선형항(선형 게인 항)과, 비선형 입력부(75)에서 생성된 비선형항(비선형 게인 항)에 의해 제어 입력 u가 형성된다. 비선형 입력부(75)에는, 도 10에 도시되는 바와 같이, 전환 함수 σ와, SWgain: k와, SWita: η에 의해, 비선형 입력(비선형항): unl이 생성된다. unl은, 이하의 식으로 나타낸다.
unl=-k·σ/(|σ|+η)
η는 채터링 억제항이다. 비선형 입력(비선형항): unl은, 전환 주파수를 무한으로 하고 있기 때문에, 상태량이 전환 초평면 근방에서 채터링(고주파 진동)한다. 이 때문에, η를 사용하여 채터링을 억제하여 입력을 평활화한다.
도 11은, 냉각 모드 컨트롤러(72) 및 전환 컨트롤러(73)의 내부를 나타내는 블록도이다.
냉각 모드 컨트롤러(72)는, 냉각원인 고속 밸브(54)로 투입되는 파워(고속 밸브(54)의 개폐 신호)를 조작량으로 해서 냉각 제어를 행한다. 이에 의해 스테이지(10)의 냉매 유로(32a)에 공급되는 냉매의 양을 제어하여, 전자 디바이스 D를 온도 제어한다. 냉각 모드 컨트롤러(72)의 출력은, 냉매 유량 및 흡열 계수에 기초하여 흡열 모델에 의해 산출된다. 도 11에서는 흡열 계수가 -0.4로 표시되어 있지만, 이것은 일례에 지나지 않고, 그 값은 전자 디바이스 D 등에 따라 변화된다.
전환 컨트롤러(73)는, 슬라이딩 모드 컨트롤러의 비선형항 unl의 값을 전환 신호로서 사용한다. 즉, 전환 컨트롤러(73)는, 비선형항 unl의 값에 의해, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력(제어 입력)을 그대로 사용하거나, 슬라이딩 컨트롤러(71)의 출력을 사용하지 않고, 냉각 모드 컨트롤러(72)의 출력을 제2 조작량으로서 사용할지를 결정한다.
슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력(제어 입력)을 그대로 사용한다는 것은, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력을 제1 조작량으로서 가열원인 LED(41)에 출력하는 것이다.
냉각 모드 컨트롤러(72)의 출력을 제2 조작량으로서 사용한다는 것은, 냉각 모드 컨트롤러(72)의 냉각원인 고속 밸브의 출력을 제2 조작량으로서 사용하는 것이다.
구체적으로는, 전환 컨트롤러(73)는, 비선형항 unl의 값이 정(전환 초평면의 일방측: 도 7의 영역 I)인 경우는, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력을 그대로 제1 조작량으로서 LED(41)에 출력한다. 또한, 비선형항 unl의 값이 부(전환 초평면의 타방측: 도 7의 영역 II)인 경우는, 냉각 모드 컨트롤러(72)의 냉각원인 고속 밸브의 출력(고속 밸브의 개폐 신호)을 제2 조작량으로서 사용한다. 고속 밸브의 개폐 시간은 0.1sec 이하로 고속이고, 고속 밸브(54)는, 비선형항 unl에 의한 고속의 전환에 추종하여 개폐될 수 있어, 제어성 높게 온도 제어를 행할 수 있다.
플랜트 모델(74)은, 온도 제어 대상인 전자 디바이스 D(스테이지(10))의 물리 모델이며, 도 12에 나타낸 바와 같은 것이다. 그리고, 전환 컨트롤러(73)로부터 출력된 신호가, 플랜트 모델(74)에 입력되어, 플랜트 모델(74)에서의 필요한 연산을 거쳐서 제어 신호가 얻어진다.
전자 디바이스 D의 온도 제어는, 냉각 기구(50)의 가변 유량 밸브(53)에 의해 냉매 유로(32a)에 일정 유량으로 냉매를 흘려서 흡열하면서 온도 컨트롤러(30)에 의해 행하여진다. 즉, 온도 컨트롤러(30)에 의해, 가열원인 LED(41)에 투입되는 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 제어 및 냉각원인 고속 밸브(54)에 투입되는 파워(고속 밸브 개폐 신호)를 조작량으로 하는 냉각 모드 제어에 의한 온도 제어를 행한다. 이 때, 전환 컨트롤러(73)에 의해, 비선형항 unl의 값에 의해, 비선형항 unl을 그대로 사용하여 슬라이딩 모드 제어를 행하거나, 비선형항 unl을 고속 밸브(54)의 개폐 신호로서 사용하여 냉각 모드 제어를 행할지가 결정된다. 슬라이딩 모드 제어의 비선형항 unl의 값이 정인 경우에는, 그대로, LED(41)에 투입하는 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 제어에 의한 온도 제어가 행하여진다. 슬라이딩 모드 제어의 비선형항 unl의 값이 부가 된 경우는, 비선형항 unl이 고속 밸브(54)의 개폐 신호로서 출력되어, LED(41)의 슬라이딩 모드 제어가, 냉각 모드 제어로 전환된다. 이 때 온도 제어에는 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력은 사용되지 않는다. 냉각 모드 제어를 사용함으로써, LED(41)를 오프로 한 경우 이상으로 전자 디바이스 D를 냉각할 수 있게 된다. 이에 의해, 매우 큰 발열 외란이 있는 경우의 전자 디바이스 D의 온도 제어성이 확보된다.
제어부(15)는 컴퓨터를 포함하고, 온도 컨트롤러(30) 이외에도, 검사 장치(1)의 각 구성부를 제어하는 복수의 제어 기능부를 갖는 주제어부를 가지고 있으며, 주제어부에 의해 검사 장치의 각 구성부의 동작을 제어한다. 또한, 제어부는, 입력 장치, 출력 장치, 표시 장치, 기억 장치를 갖고 있다. 주제어부에 의한 각 구성부의 제어는, 기억 장치에 내장된 기억 매체(하드 디스크, 광 데스크, 반도체 메모리 등)에 기억된 제어 프로그램인 처리 레시피에 의해 실행된다.
다음에, 검사 장치(1)를 사용한 웨이퍼 W에 대한 검사 처리의 일례에 대해 설명한다.
먼저, 로더(3)의 FOUP로부터 반송 장치에 의해 웨이퍼 W를 취출하여 스테이지(10)에 반송하고, 적재한다. 이어서, 스테이지(10)를 소정의 위치로 이동한다.
그리고, 가열 기구(40)의 모든 LED(41)를 점등시켜, 덮개 부재(31)의 온도 센서(31a)로부터 취득되는 정보에 기초하여, 덮개 부재(31)의 온도가 면 내에서 균일해지도록, LED(41)로부터의 광출력과, 스테이지(10) 내의 냉매 유로(32a)를 흐르는 냉매의 유량을 가변 유량 밸브(53)에 의해 조정한다.
이 상태에서, 전위차 측정 유닛(16)에 의해, 검사 대상인 전자 디바이스 D에 있어서의 전술한 전위차 생성 회로의 전위차를 취득한다. 그리고, 면 내에서 균일하게 된 덮개 부재(31)의 온도가 검사 대상인 전자 디바이스 D의 온도와 대략 일치하는 것으로 보고, 상기 전위차의 교정을 행하여, 상기 전위차의 온도 특성 정보를 보정한다.
그 후, 스테이지(10)를 이동시켜, 스테이지(10)의 상방에 마련되어 있는 프로브(12a)와, 웨이퍼 W의 검사 대상인 전자 디바이스 D의 전극 E를 접촉시킨다. 그리고, 프로브(12a)에 검사용 신호가 입력된다. 이에 의해, 전자 디바이스 D의 검사가 개시된다.
상기 검사 중, 검사 대상인 전자 디바이스 D의 전위차 생성 회로에 생기는 전위차의 정보에 기초하여, 해당 전자 디바이스 D의 온도가 측정되고, 그 측정 온도를 목표 온도로 해서, 온도 제어 장치(20)에 의해 해당 전자 디바이스 D의 온도 제어가 행하여진다.
이 때, 냉각 기구(50)의 가변 유량 밸브(53)에 의해 냉매 유로(32a)에 일정 유량으로 냉매를 흘려서 흡열하면서 온도 컨트롤러(30)에 의해 온도 제어가 행하여진다. 즉, 온도 컨트롤러(30)에 의해, 가열원인 LED(41)에 투입되는 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 제어, 및 냉각원인 고속 밸브(54)에 투입되는 파워(고속 밸브 개폐 신호)를 조작량으로 하는 냉각 모드 제어에 의한 온도 제어를 행한다. 이 때, 전환 컨트롤러(73)는, 상술한 바와 같이, 비선형항 unl의 값에 의해, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력(제어 입력)을 그대로 사용하거나, 비선형항 unl을 고속 밸브(54)의 개폐 신호로서 사용하여 냉각 모드 제어할지를 결정한다. 구체적으로는, 슬라이딩 모드 제어의 비선형항 unl의 값이 정인 경우에는, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력을 그대로 제1 조작량으로서 LED(41)에 출력한다. 한편, 비선형항 unl이 부인 경우에는, 비선형항 unl을 고속 밸브(54)의 개폐 신호로서 사용하여 고속 밸브에 제2 조작량으로서 출력한다.
상술한 특허문헌 1의 검사 장치에서는, 전자 디바이스의 전기적 특성을 검사할 때, 해당 전자 디바이스의 실장 환경을 재현하기 위해서, 적재대 내의 냉매 유로나 히터에 의해 적재대의 온도 제어를 행하고 있다.
한편, 최근 들어, 전자 디바이스는 고속화나 미세화가 진행되고, 집적도가 높아지며, 동작 시의 발열량이 매우 증대되고 있기 때문에, 웨이퍼에 있어서 전자 디바이스의 검사 중에 발열 외란이 부여되어 버려 전자 디바이스에 문제를 생기게 할 우려가 있다. 그러나, 상기 특허문헌 1에서는, 이와 같은 발열 외란을 해소하는 방법은 개시되어 있지 않다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 냉각 기구(50)의 가변 유량 밸브(53)에 의해 일정 유량으로 스테이지(10)의 냉매 공급로(32a)에 냉매를 흘려서 흡열을 확보하고나서, 외란에 강한 슬라이딩 모드 제어를 사용하여, 가열 기구(40)의 LED(41)로 투입되는 파워(전류값)를 조작량으로 해서 전자 디바이스 D의 온도 제어를 행한다.
그러나, 냉매 유량을 일정하게 하여, LED(41)에 투입되는 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 제어만으로는, 발열 외란이 매우 커진 경우에, LED(41)를 오프해도 흡열이 불충분해진다. 이 때문에, 외란 제어의 응답이 느려지는 경우나, 충분한 온도 제어를 할 수 없게 되어 버리는 경우가 생긴다. 또한, 냉매 유량을 증가하여 흡열성을 향상시키는 것도 생각할 수 있지만, 이 경우는, LED(41)의 출력이 부족하여 목표 온도에 도달할 수 없게 된다. 또한, 냉매 유량을 증가시키면서, 최대 출력이 큰 LED를 사용하거나, LED의 밀도를 증가시킴으로써, 전자 디바이스의 온도 상승을 억제하는 것이 가능한 경우도 있지만, 그 경우에는, 비용이 증가해 버려, 현실적이지 않다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 냉각 기구(50)의 가변 유량 밸브(53)에 의해 냉매 유로(32a)에 일정 유량으로 냉매를 흘려서 흡열하면서, LED(41)로 투입되는 파워를 조작량으로 한 슬라이딩 모드 제어와, 고속 밸브(54)로 투입되는 파워(고속 밸브의 개폐 신호)를 조작량으로 한 냉각 모드 제어를, 비선형항 unl의 값에 의해, 전환 컨트롤러(73)로 전환시켜 실시한다. 즉, 슬라이딩 모드 제어의 비선형항 unl의 값이 정인 경우에는, 발열 외란의 영향이 작으므로, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력을 그대로 제1 조작량으로서 가열원인 LED(41)에 투입한다. 한편, 비선형항 unl의 값이 부인 경우에는, 냉각원인 고속 밸브(54)에 투입되는 파워(고속 밸브의 개폐 신호)를 제2 조작량으로 해서 냉각 모드 제어를 행한다. 즉, 슬라이딩 모드 제어를 행하고 있을 때에, 전자 디바이스 D의 발열 외란이 크고 슬라이딩 모드 제어의 비선형항 unl이 부가 된 경우는, 전환 컨트롤러(73)에 의해 냉각 모드 제어로 전환된다. 이에 의해, LED(41)를 오프로 한 경우 이상으로 스테이지(10)를 냉각할 수 있어, 냉각 능력이 강화된다. 따라서, 매우 큰 발열 외란이 있는 경우에도, 전자 디바이스 D의 온도를 충분히 냉각할 수 있고, 양호한 제어성으로 전자 디바이스 D의 온도 제어를 행할 수 있다. 또한, 이 때의 고속 밸브(54)의 위치는, 가능한 한 시간 낭비를 적게 한다는 관점에서, 최대한 스테이지(10)에 근접하는 것이 바람직하다.
또한, 가열 기구(40)는, 복수의 전자 디바이스 D의 각각에 대응하도록, 복수의 LED(41)를 탑재한 복수의 LED 유닛(43)을 마련하고 있으므로, 전자 디바이스 D를 개별적으로 가열할 수 있도록 할 수 있다. 이 때문에, 검사 중인 전자 디바이스 D만을 가열할 수 있어, 다른 전자 디바이스 D에 대한 발열 외란을 억제할 수 있다.
또한, 고속 밸브(54)를 사용하여 냉각 모드 제어를 행하므로, 전환 신호로서 사용한 비선형항 unl의 정부의 변동에 추종하여 고속 밸브(54)를 개폐할 수 있어, 고정밀도로 냉각 제어를 행할 수 있다.
또한, 냉매로서 물을 사용할 수 있으므로, 프레온계 냉매를 사용할 필요가 없고, 또한, 프레온계 냉매를 사용한 경우보다도 흡열성이 양호해서, 흡열을 고속화할 수 있다.
또한, 전자 디바이스의 검사는, 복수의 디바이스를 일괄하여 행해도 되고, 또한, DRAM 등에서 채용되는 일괄 콘택트 프로빙과 같이 모든 전자 디바이스를 일괄하여 행해도 된다. 어느 경우도, 검사 대상인 전자 디바이스의 온도를 상술한 바와 같이 LED(41)의 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 제어와, 고속 밸브의 개폐에 의한 냉각 모드 제어를 병용함으로써 양호한 제어성으로 전자 디바이스의 온도 제어를 행할 수 있다.
<제2 실시 형태>
다음에, 제2 실시 형태에 대해 설명한다.
제2 실시 형태의 검사 장치의 기본 구성은, 제1 실시 형태의 검사 장치(1)와 동일하지만, 후술하는 도 13에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태의 온도 제어 장치(20)에 포함되는 온도 컨트롤러(30) 대신에 제어 방식이 상이한 온도 컨트롤러(30')를 탑재하고 있다는 점만, 제1 실시 형태의 검사 장치(1)와 상이하다.
본 실시 형태의 온도 컨트롤러(30')에 있어서도, 제1 실시 형태의 온도 컨트롤러(30)와 마찬가지로, 전자 디바이스 D의 온도 측정 결과에 기초하여, 가열원인 LED(41)로 투입되는 파워(전류값 출력)를 조작량으로 한 슬라이딩 모드 제어에 기초하는 제어를 행한다. 또한, 온도 컨트롤러(30')에서는, 제1 실시 형태의 온도 컨트롤러(30)와 마찬가지로, 슬라이딩 모드 제어 이외에도, 고속 밸브로 투입되는 파워(즉 고속 밸브의 개폐 신호)를 조작량으로 한 냉각 모드 제어를 행한다. 단, 본 실시 형태의 온도 컨트롤러(30')는, 냉각 모드 시에 가열원인 LED(41)에도 제어 신호를 보내는 점이 온도 컨트롤러(30)와는 상이하다.
이하, 온도 컨트롤러(30')에 대해 상세하게 설명한다.
도 13은 온도 컨트롤러(30')의 제어 블록을 나타내는 도면이다. 온도 컨트롤러(30')는, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)와, 냉각 모드 컨트롤러(72)와, 가산기(77)와, 전환 컨트롤러(73')와, 플랜트 모델(74)을 갖는다. 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)와, 냉각 모드 컨트롤러(72)와, 플랜트 모델(74)의 기본 구성은, 제1 실시 형태의 온도 컨트롤러(30)와 마찬가지이다.
도 14는, 냉각 모드 컨트롤러(72), 가산기(77) 및 전환 컨트롤러(73')의 구성 및 이들의 신호 전달을 나타내는 블록도이다.
상술한 바와 같이, 냉각 모드 컨트롤러(72)는, 냉각원인 고속 밸브(54)로 투입되는 파워(고속 밸브(54)의 개폐 신호)를 조작량으로 해서 냉각 제어를 행한다. 이에 의해 스테이지(10)의 냉매 유로(32a)에 공급되는 냉매의 양을 제어하여, 전자 디바이스 D를 온도 제어한다. 냉각 모드 컨트롤러(72)의 출력은, 냉매 유량 및 흡열 계수에 기초하여 흡열 모델에 의해 산출된다. 도 14에서는 흡열 계수가 -20으로 표시되어 있지만, 이것은 일례에 지나지 않고, 그 값은 전자 디바이스 D 등에 따라 변화된다.
전환 컨트롤러(73')는, 제1 실시 형태의 전환 컨트롤러(73)와 마찬가지로, 슬라이딩 모드 컨트롤러의 비선형항 unl의 값을 전환 신호로서 사용한다. 그리고, 전환 컨트롤러(73')는, 비선형항 unl의 값에 의해, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력을 그대로 사용하거나, 제2 조작량을 사용할지를 결정한다. 전환 컨트롤러(73')는, 제2 조작량으로서, 가산기(77)로 슬라이딩 모드 출력과 냉각 모드 컨트롤러(72)의 출력을 더한 것을 사용한다. 즉, 제2 조작량은, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)로부터의 가열원인 LED(41)로의 출력과, 냉각 모드 컨트롤러(72)의 냉각원인 고속 밸브의 출력을 더한 것이다.
슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력(제어 입력)을 그대로 사용한다는 것은, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력을 제1 조작량으로서 가열원인 LED(41)에 출력하는 것이다.
구체적으로는, 전환 컨트롤러(73')는, 비선형항 unl의 값이 정(전환 초평면의 일방측: 도 7의 영역 I)인 경우는, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력을 그대로 제1 조작량으로서 LED(41)에 출력한다. 또한, 비선형항 unl의 값이 부(전환 초평면의 타방측: 도 7의 영역 II)인 경우는, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력과, 냉각 모드 컨트롤러(72)의 냉각원인 고속 밸브의 출력(고속 밸브의 개폐 신호)을 더한 것을 제2 조작량으로서 사용한다.
냉각 모드 컨트롤러(72)에서는, 상술한 바와 같이, 개폐 시간이 0.1sec 이하로 고속으로 동작하는 고속 밸브(54)를, 비선형항 unl에 의한 고속의 전환으로 추종하여 개폐시킨다. 이에 의해, LED(41)를 오프로 한 경우 이상으로 전자 디바이스 D를 냉각할 수 있게 되어, 매우 큰 발열 외란이 있는 경우의 전자 디바이스 D의 온도 제어성이 확보된다. 또한, 제2 조작량으로서, 이와 같은 냉각 모드 컨트롤러(72)의 고속 밸브의 출력뿐만 아니라, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력이 더해짐으로써, 급랭의 과도 응답을 완화하여 양호한 제어성을 얻을 수 있다.
본 실시 형태에 있어서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 전자 디바이스 D의 검사가 개시된다. 그리고, 상기 검사 중, 검사 대상인 전자 디바이스 D의 전위차 생성 회로에 생기는 전위차의 정보에 기초하여, 해당 전자 디바이스 D의 온도가 측정되고, 그 측정 온도를 목표 온도로 해서, 온도 제어 장치(20)에 의해 해당 전자 디바이스 D의 온도 제어가 행하여진다.
이 때, 냉각 기구(50)의 가변 유량 밸브(53)에 의해 냉매 유로(32a)에 일정 유량으로 냉매를 흘려서 흡열하면서 온도 컨트롤러(30')에 의해 온도 제어가 행하여진다. 온도 컨트롤러(30')에서는, 전환 컨트롤러(73')가, 비선형항 unl의 값에 의해, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력을 그대로 사용하거나, 슬라이딩 모드 출력과 냉각 모드 컨트롤러(72)의 출력을 더한 제2 조작량을 사용할지를 결정한다. 구체적으로는, 슬라이딩 모드 제어의 비선형항 unl의 값이 정인 경우에는, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력을 그대로 제1 조작량으로서 LED(41)에 출력한다. 한편, 비선형항 unl이 부인 경우에는, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력과, 냉각 모드 컨트롤러(72)의 냉각원인 고속 밸브의 출력을 더한 것을 제2 조작량으로서 출력한다.
상기 제1 실시 형태에서는, 냉각 모드 컨트롤러(72)가, 개폐 시간이 0.1sec 이하로 고속으로 동작하는 고속 밸브(54)를, 비선형항 unl에 의한 고속의 전환으로 추종하여 개폐시킨다. 이에 의해, LED(41)를 오프로 한 경우 이상으로 전자 디바이스 D를 냉각할 수 있게 되어, 매우 큰 발열 외란이 있는 경우의 전자 디바이스 D의 온도 제어성이 확보된다.
그러나, 제1 실시 형태에서는, 제어성은 양호하지만, 비선형항 unl이 부인 경우에, 고속 밸브(54)의 동작만이기 때문에, 급랭의 과도 응답이 되는 경우가 있다. 즉, 전환 컨트롤러(73)에 의해 고속 밸브(54)를 개방으로 했을 때의 전자 디바이스 D의 온도 저하를 보충하기 위해서, LED(41)의 출력을 크게 할 필요가 있고, 또한, 다음의 냉각을 행하는 타이밍(고속 밸브를 개방으로 하는 타이밍)도 빨라진다. 이 때문에, 전환 컨트롤러(73)에 의한 제어 시에, 전류값의 진폭이 크고 또한 고속 밸브(54)의 개방 빈도가 많아지는 경향이 있다.
이에 반하여, 본 실시 형태에서는, 비선형항 unl이 부인 경우의 제2 조작량으로서, 이와 같은 냉각 모드 컨트롤러(72)의 고속 밸브의 출력뿐만 아니라, 슬라이딩 모드 컨트롤러(71)의 출력을 더한다. 이와 같이, 고속 밸브(54)의 동작 중에 LED(41)에도 동시에 제어 신호를 보내므로, 급랭의 과도 응답을 완화시킬 수 있다. 이 때문에, 상기 제1 실시 형태의 기본적인 효과 이외에도, 전류값의 진폭을 작게, 또한 고속 밸브(54)의 개방 빈도를 적게 할 수 있어, 보다 진폭이 작고 매끄러운 온도 제어가 가능해진다고 하는 효과도 발휘된다.
또한, 제2 실시 형태에서는, 기본적인 검사 장치의 구성은 제1 실시 형태와 동일하기 때문에, 기타 제1 실시 형태에서 얻어지는 효과는, 제2 실시 형태에서도 마찬가지로 얻을 수 있다.
<시뮬레이션 결과>
다음에, 시뮬레이션 결과에 대해 설명한다.
여기에서는 웨이퍼에 형성된 30㎜×40㎜의 크기의 전자 디바이스(칩)에 150W, 300W, 450W의 발열 외란이 미치게 된 경우의 온도 제어성에 대해 시뮬레이션했다.
도 15 내지 도 17은, 일정 유량의 냉매를 공급하면서, LED로 투입되는 파워를 조작량으로 해서 슬라이딩 모드 제어에 의해 칩의 온도 제어를 행한 경우에 대해 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 15에 도시되는 바와 같이, 슬라이딩 모드 제어의 경우, 발열 외란이 150W에서는 양호한 제어성을 유지할 수 있지만, 도 16, 도 17에 나타내는 바와 같이, 발열 외란이 300W, 450W인 경우는, 온도 상승이 보이고, 온도 제어 불능이 되는 것이 확인되었다.
도 18 내지 도 20은, LED로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 제어와, 비선형항 unl이 부인 때에 행해지는 고속 밸브의 개폐에 의한 냉각 모드 제어를 병용한 제1 실시 형태에 대해 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 슬라이딩 모드 제어와 고속 밸브의 개폐에 의한 냉각 모드 제어를 병용한 제1 실시 형태에 의해, 150W 내지 450W의 발열 외란이 미치게 된 경우의 어느 것도, 양호한 온도 제어를 할 수 있음이 확인되었다.
도 21 내지 도 23은, 슬라이딩 모드 제어와, 비선형항 unl이 부인 때에 행해지는 슬라이딩 모드 컨트롤러 출력과 냉각 모드 컨트롤러 출력을 더한 제어를 병용한 제2 실시 형태에 대해 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 제어와, 슬라이딩 모드 컨트롤러 출력과 냉각 모드 컨트롤러 출력을 더한 제어를 병용한 제2 실시 형태에 의해, 150W 내지 450W의 어느 발열 외란의 경우도, 양호한 온도 제어를 할 수 있음이 확인되었다. 또한, 제2 실시 형태의 쪽이 제1 실시 형태보다도 발열 외란이 생긴 경우에 있어서의 공급되는 전류의 진폭이 작은 것을 알 수 있다.
도 24 및 도 25는, 각각 발열 외란이 150W인 때의 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 시뮬레이션 결과를 확대해 나타내는 도면이다. 이들 도면으로부터, 제2 실시 형태의 쪽이 제1 실시 형태보다도 전류 출력의 흔들림 폭이 작고, 제어 진폭이 작은 것을 알 수 있다. 또한, 발열 외란이 급격하게 변화된 타이밍에 있어서의 제어 대상 온도의 오버슈트나 언더슈트도 제2 실시 형태의 쪽이 작은 것을 알 수 있다.
도 26 및 도 27은, 각각 발열 외란이 300W인 때의 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 시뮬레이션 결과를 확대해 나타내는 도면이다. 또한, 도 28 및 도 29는, 각각 발열 외란이 450W인 때의 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태의 시뮬레이션 결과를 확대해 나타내는 도면이다. 이들 도면으로부터도 명백한 바와 같이, 외란이 300W, 450W로 커져도, 외란이 150W인 때와 마찬가지로, 제2 실시 형태의 쪽이 제1 실시 형태보다도 전류 출력의 흔들림 폭이 작고, 제어 진폭이 작은 것을 알 수 있다. 또한, 발열 외란이 급격하게 변화된 타이밍에 있어서의 제어 대상 온도의 오버슈트나 언더슈트도 제2 실시 형태의 쪽이 작은 것을 알 수 있다.
<다른 적용>
이상, 실시 형태에 대해 설명했지만, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 상기한 실시 형태는, 첨부의 특허 청구 범위 및 그의 주지를 일탈하는 일 없이, 다양한 형태로 생략, 치환, 변경되어도 된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 가열원으로서 LED를 사용한 경우에 대해 설명했지만, 가열원은 LED에 한정되지 않고, 저항 히터 등의 다른 가열원이어도 된다. 또한, 상기 실시 형태에서는, 온도 제어 대상으로서 웨이퍼 위의 전자 디바이스(칩)를 예로 들어 나타냈지만, 온도 제어 대상은 스테이지여도 되고, 전자 디바이스(칩)에 한정하는 것은 아니다. 또한, 온도 제어 장치를 검사 장치에 적용하는 경우에 한정되는 것도 아니다.

Claims (19)

  1. 온도 제어 대상물의 온도 제어를 행하는 온도 제어 장치이며,
    상기 온도 제어 대상물을 가열하는 가열원을 갖는 가열 기구와,
    상기 온도 제어 대상물을 냉각하는 냉각원을 갖는 냉각 기구와,
    상기 가열원과 상기 냉각원을 제어하는 온도 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 온도 컨트롤러는,
    상기 온도 제어 대상물의 온도 측정값을 제어 대상으로 하고,
    상기 가열원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 컨트롤러와,
    상기 냉각원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 냉각 모드 컨트롤러와,
    상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력인 비선형항의 값에 의해, 상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력을 제1 조작량으로서 상기 가열원으로 출력하거나, 또는 상기 냉각 모드 컨트롤러의 출력을 제2 조작량으로서 사용할지를 결정하는 전환 컨트롤러
    를 포함하는, 온도 제어 장치.
  2. 온도 제어 대상물의 온도 제어를 행하는 온도 제어 장치이며,
    상기 온도 제어 대상물을 가열하는 가열원을 갖는 가열 기구와,
    상기 온도 제어 대상물을 냉각하는 냉각원을 갖는 냉각 기구와,
    상기 가열원과 상기 냉각원을 제어하는 온도 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 온도 컨트롤러는,
    상기 온도 제어 대상물의 온도 측정값을 제어 대상으로 하고
    상기 가열원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 컨트롤러와,
    상기 냉각원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 냉각 모드 컨트롤러와,
    상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력인 비선형항의 값에 의해, 상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력을 제1 조작량으로서 상기 가열원으로 출력하거나, 또는 상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력과 상기 냉각 모드 컨트롤러의 출력을 더한 것을 제2 조작량으로서 사용할지를 결정하는 전환 컨트롤러
    를 포함하는, 온도 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전환 컨트롤러는, 상기 비선형항이 슬라이딩 모드 제어에 있어서의 전환 초평면의 일방측의 영역에 있는 경우는, 상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력만을 사용하고, 상기 전환 초평면의 타방측의 영역에 있는 경우는, 상기 냉각 모드 컨트롤러의 출력을 사용하도록 전환하는, 온도 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 일방측의 영역은, 상기 비선형항의 값이 정이 되는 영역이며, 상기 타방측의 영역은, 상기 비선형항의 값이 부가 되는 영역인, 온도 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열원은 LED이며, 상기 제1 조작량은 LED에 투입하는 전류값인, 온도 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 기구는, 상기 온도 제어 대상물을 냉매에 의해 냉각하고, 상기 냉각원은 냉매의 유로를 개폐하는 고속 밸브이며, 상기 냉각 모드 컨트롤러의 출력은 상기 고속 밸브에 대한 개폐 신호인, 온도 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 기구는, 상기 냉각 모드 컨트롤러가 상기 냉각원으로 투입되는 파워와는 별도로, 상기 냉매를 일정 유량으로 공급하여 상기 온도 제어 대상물의 흡열을 행하는, 온도 제어 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 제어 대상물은, 기판에 마련된 전자 디바이스인, 온도 제어 장치.
  9. 온도 제어 대상물의 온도 측정값을 제어 대상으로 하고, 상기 온도 제어 대상물의 온도 제어를 행하는 온도 제어 방법이며,
    상기 온도 제어 대상물을 가열하는 가열원으로 투입하는 파워를 조작량으로 해서 슬라이딩 모드 제어를 행하는 공정과,
    상기 온도 제어 대상물을 냉각하는 냉각원으로 투입되는 파워를 조작량으로 해서 냉각 모드 제어를 행하는 공정과,
    상기 슬라이딩 모드 제어에 있어서의 출력인 비선형항의 값에 의해, 상기 슬라이딩 모드 제어의 출력을 제1 조작량으로서 상기 가열원으로 출력하거나, 또는 상기 냉각 모드 제어의 출력을 제2 조작량으로서 사용할지를 결정하는 공정
    을 포함하는, 온도 제어 방법.
  10. 온도 제어 대상물의 온도 측정값을 제어 대상으로 하고, 상기 온도 제어 대상물의 온도 제어를 행하는 온도 제어 방법이며,
    상기 온도 제어 대상물을 가열하는 가열원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하여 슬라이딩 모드 제어를 행하는 공정과,
    상기 슬라이딩 모드 제어와, 상기 온도 제어 대상물을 냉각하는 냉각원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 냉각 모드 제어를 병용하는 공정과,
    상기 슬라이딩 모드 제어에 있어서의 출력인 비선형항의 값에 의해, 상기 슬라이딩 모드 제어의 출력을 제1 조작량으로서 상기 가열원으로 출력하거나, 또는 상기 슬라이딩 모드 제어의 출력과 상기 냉각 모드 제어의 출력을 더한 것을 제2 조작량으로서 사용할지를 결정하는 공정
    을 포함하는, 온도 제어 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 결정하는 공정은, 상기 비선형항이, 슬라이딩 모드 제어에 있어서의 전환 초평면의 일방측의 영역에서는, 상기 슬라이딩 모드 제어만을 사용하고, 상기 전환 초평면의 타방측의 영역에 있는 경우는, 상기 냉각 모드 제어의 출력을 사용하도록 전환하는, 온도 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 일방측의 영역은, 상기 비선형항의 값이 정이 되는 영역이며, 상기 타방측의 영역은, 상기 비선형항의 값이 부가 되는 영역인, 온도 제어 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열원은 LED이며, 상기 제1 조작량은 LED에 투입하는 전류값인, 온도 제어 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각원은, 상기 온도 제어 대상물을 냉각하는 냉매의 유로를 개폐하는 고속 밸브이며, 상기 냉각 모드 제어의 조작량은 상기 고속 밸브에 대한 개폐 신호인, 온도 제어 방법.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 모드 제어의 조작량의 투입과는 별도로, 상기 냉매를 일정 유량으로 공급하여 상기 온도 제어 대상물의 흡열을 행하는, 온도 제어 방법.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도 제어 대상물은, 기판에 마련된 전자 디바이스인, 온도 제어 방법.
  17. 전자 디바이스가 마련된 기판을 적재하는 스테이지와,
    상기 스테이지 위의 기판에 마련된 상기 전자 디바이스에 프로브를 전기적으로 접촉시켜 당해 전자 디바이스를 검사하는 검사 기구와,
    상기 전자 디바이스의 온도를 계측하는 온도계측부와,
    상기 전자 디바이스의 온도 제어를 행하는 온도 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 온도 제어 장치는,
    상기 전자 디바이스를 가열하는 가열원을 갖는 가열 기구와,
    상기 전자 디바이스를 냉각하는 냉각원을 갖는 냉각 기구와,
    상기 가열원과 상기 냉각원을 제어하는 온도 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 온도 컨트롤러는,
    상기 전자 디바이스의 온도 측정값을 제어 대상으로 하고
    상기 가열원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 컨트롤러와,
    상기 냉각원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 냉각 모드 컨트롤러와,
    상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력인 비선형항의 값에 의해, 상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력을 제1 조작량으로서 상기 가열원으로 출력하거나, 또는 상기 냉각 모드 컨트롤러의 출력을 제2 조작량으로서 사용할지를 결정하는 전환 컨트롤러
    를 포함하는, 검사 장치.
  18. 전자 디바이스가 마련된 기판을 적재하는 스테이지와,
    상기 스테이지 위의 기판에 마련된 상기 전자 디바이스에 프로브를 전기적으로 접촉시켜 당해 전자 디바이스를 검사하는 검사 기구와,
    상기 전자 디바이스의 온도를 계측하는 온도계측부와,
    상기 전자 디바이스의 온도 제어를 행하는 온도 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 온도 제어 장치는,
    상기 전자 디바이스를 가열하는 가열원을 갖는 가열 기구와,
    상기 전자 디바이스를 냉각하는 냉각원을 갖는 냉각 기구와,
    상기 가열원과 상기 냉각원을 제어하는 온도 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 온도 컨트롤러는,
    상기 전자 디바이스의 온도 측정값을 제어 대상으로 하고
    상기 가열원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 슬라이딩 모드 컨트롤러와,
    상기 냉각원으로 투입되는 파워를 조작량으로 하는 냉각 모드 컨트롤러와,
    상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력인 비선형항의 값에 의해, 상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력을 제1 조작량으로서 상기 가열원으로 출력하거나, 또는 상기 슬라이딩 모드 컨트롤러의 출력과, 상기 냉각 모드 컨트롤러의 출력을 더한 것을 제2 조작량으로서 사용할지를 결정하는 전환 컨트롤러
    를 포함하는, 검사 장치.
  19. 전자 디바이스가 마련된 기판을 적재하는 스테이지와,
    상기 스테이지 위의 기판에 마련된 상기 전자 디바이스에 프로브를 전기적으로 접촉시켜 해당 전자 디바이스를 검사하는 검사 기구와,
    상기 전자 디바이스의 온도를 계측하는 온도계측부와,
    상기 전자 디바이스의 온도 제어를 행하는 온도 제어 장치
    를 포함하고,
    상기 온도 제어 장치는,
    상기 전자 디바이스를 가열하는 가열원을 갖는 가열 기구와,
    상기 전자 디바이스를 냉각하는 냉각원을 갖는 냉각 기구와,
    상기 가열원과 상기 냉각원을 제어하는 온도 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 냉각 기구는,
    상기 냉각원으로서의 냉매를 공급하는 냉매원과,
    상기 냉매원과 상기 스테이지에 접속되고, 상기 냉매원으로부터 상기 스테이지에 상기 냉매를 일정량으로 공급하는 제1 냉매 배관과,
    상기 제1 냉매 배관과 병렬로 마련되고, 상기 냉매원으로부터 상기 스테이지에 상기 냉매를 공급하는 제2 냉매 배관과,
    상기 제2 냉매 배관에 마련되며, 상기 스테이지로의 상기 냉매의 공급/정지를 행하는 고속 밸브
    를 포함하는, 검사 장치.
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